הַקדָמָה
אנשים עברו דרך ארוכה מגילוי החשמל ועד לשימוש נרחב כ"חשמל" ו"אנרגיה חשמלית". אחד הבולטים שבהם הוא "מחלוקת המסלול" בין זרם חילופין לזרם ישר. הגיבורים הם שני גאונים בני זמננו, אדיסון וטסלה. עם זאת, מה שמעניין הוא שמנקודת מבטם של בני אדם חדשים וחדשים במאה ה-21, "הוויכוח" הזה לא ניצח או הפסיד לחלוטין.

למרות שכיום כל דבר, החל ממקורות ייצור חשמל ועד מערכות תחבורה חשמליות, הוא בעצם "זרם חילופין", זרם ישר נמצא בכל מקום במכשירי חשמל רבים ובציוד קצה. בפרט, פתרון מערכת החשמל "DC לכל הבית", המועדף על כולם בשנים האחרונות, משלב טכנולוגיית הנדסת IoT ובינה מלאכותית כדי לספק ערובה חזקה ל"חיי בית חכם". עקבו אחר רשת ראשי הטעינה שלהלן כדי ללמוד עוד על מהו DC לכל הבית.

רקע מבוא

זרם ישר (DC) ברחבי הבית הוא מערכת חשמלית המשתמשת בזרם ישר בבתים ובבניינים. המושג "זרם ישר לכל הבית" הוצע בהקשר של כך שחסרונותיהן של מערכות מיזוג אוויר מסורתיות הפכו בולטים יותר ויותר, והמושג של פליטות פחמן נמוכות והגנה על הסביבה זכה לתשומת לב גוברת.

מערכת מיזוג אוויר מסורתית

כיום, מערכת החשמל הנפוצה ביותר בעולם היא מערכת זרם חילופין. מערכת זרם חילופין היא מערכת של העברת וחלוקת חשמל הפועלת על סמך שינויים בזרימת הזרם הנגרמים על ידי אינטראקציה בין שדות חשמליים ומגנטיים. להלן השלבים העיקריים של אופן פעולתה של מערכת זרם חילופין:

גֵנֵרָטוֹרנקודת המוצא של מערכת חשמל היא הגנרטור. גנרטור הוא מכשיר הממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. העיקרון הבסיסי הוא יצירת כוח אלקטרו-מניע מושרה על ידי חיתוך חוטים עם שדה מגנטי מסתובב. במערכות חשמל AC, משתמשים בדרך כלל בגנרטורים סינכרוניים, והרוטורים שלהם מונעים על ידי אנרגיה מכנית (כגון מים, גז, קיטור וכו') כדי לייצר שדה מגנטי מסתובב.

דור זרם חילופיןהשדה המגנטי המסתובב בגנרטור גורם לשינויים בכוח האלקטרו-מניע המושרה במוליכים החשמליים, ובכך מייצר זרם חילופין. תדירות הזרם החילופין היא בדרך כלל 50 הרץ או 60 הרץ לשנייה, בהתאם לתקני מערכת החשמל באזורים שונים.

הגברת מתח בשנאי: זרם חילופין עובר דרך שנאים בקווי הולכת חשמל. שנאי הוא מכשיר המשתמש בעיקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית כדי לשנות את המתח של זרם חשמלי מבלי לשנות את התדר שלו. בתהליך העברת החשמל, זרם חילופין במתח גבוה קל יותר להעברתו למרחקים ארוכים מכיוון שהוא מפחית את אובדן האנרגיה הנגרם על ידי התנגדות.

הולכה והפצהזרם חילופין במתח גבוה מועבר למקומות שונים דרך קווי תמסורת, ולאחר מכן מוריד את זרם החשמל באמצעות שנאים כדי לענות על הצרכים של שימושים שונים. מערכות תמסורת וחלוקה כאלה מאפשרות העברה וניצול יעילים של אנרגיה חשמלית בין שימושים ומיקומים שונים.

יישומים של מתח ACבקצה המשתמש הסופי, זרם חילופין מסופק לבתים, עסקים ומתקנים תעשייתיים. במקומות אלה, זרם חילופין משמש להנעת מגוון ציוד, כולל תאורה, תנורי חימום חשמליים, מנועים חשמליים, ציוד אלקטרוני ועוד.

באופן כללי, מערכות חשמל AC הפכו למיינסטרים בסוף המאה הקודמת בשל יתרונות רבים כגון מערכות זרם חילופין יציבות וניתנות לשליטה והפסדי הספק נמוכים יותר בקווים. עם זאת, עם התקדמות המדע והטכנולוגיה, בעיית איזון זווית ההספק של מערכות חשמל AC הפכה לחריפה. פיתוח מערכות החשמל הוביל לפיתוח מתמשך של התקני חשמל רבים כגון מיישרים (המרת זרם AC לזרם DC) וממירים (המרת זרם DC לזרם AC). טכנולוגיית הבקרה של שסתומי הממיר נכנסה גם היא לשלב ברור מאוד, ומהירות ניתוק זרם DC אינה פחותה מזו של מפסקי זרם AC.

זה גורם לכך שרבים מחסרונות מערכת הזרם הישר נעלמים בהדרגה, והבסיס הטכני של זרם ישר לבית כולו קיים.

Eקונספט ידידותי לסביבה ודל פחמן

בשנים האחרונות, עם הופעתן של בעיות האקלים העולמיות, ובמיוחד אפקט החממה, נושאי הגנת הסביבה זכו לתשומת לב גוברת. מאחר שמערכת זרם ישר (DC) של בית שלם תואמת טוב יותר למערכות אנרגיה מתחדשת, יש לה יתרונות בולטים בשימור אנרגיה והפחתת פליטות. לכן, היא זוכה לתשומת לב גוברת.

בנוסף, מערכת DC יכולה לחסוך הרבה רכיבים וחומרים הודות למבנה המעגל "ישיר-לייר" שלה, והיא גם עקבית מאוד עם הקונספט של "דל פחמן וידידותי לסביבה".

קונספט אינטליגנציה ביתי

הבסיס ליישום של מערכות DC לכל הבית הוא יישום וקידום של אינטליגנציה לכל הבית. במילים אחרות, יישום של מערכות DC בתוך הבית מבוסס בעיקרו על אינטליגנציה, וזהו אמצעי חשוב להעצמת "אינטליגנציה לכל הבית".

בית חכם מתייחס לחיבור מגוון מכשירים, מכשירי חשמל ומערכות ביתיות באמצעות טכנולוגיה מתקדמת ומערכות חכמות כדי להשיג שליטה מרכזית, אוטומציה וניטור מרחוק, ובכך לשפר את הנוחות, הנוחות והנוחות של חיי הבית, הבטיחות והיעילות האנרגטית.

יְסוֹד

עקרונות היישום של מערכות חכמות לכל הבית כוללים היבטים מרכזיים רבים, כולל טכנולוגיית חיישנים, מכשירים חכמים, תקשורת רשת, אלגוריתמים חכמים ומערכות בקרה, ממשקי משתמש, אבטחה והגנה על פרטיות, ועדכוני תוכנה ותחזוקה. היבטים אלה יידונו בפירוט להלן.

טכנולוגיית חיישנים

הבסיס של מערכת חכמה לכל הבית הוא מגוון חיישנים המשמשים לניטור סביבת הבית בזמן אמת. חיישני סביבה כוללים חיישני טמפרטורה, לחות, אור ואיכות אוויר כדי לחוש את התנאים בתוך הבית. חיישני תנועה וחיישני מגנטיים של דלתות וחלונות משמשים לזיהוי תנועות אנושיות ומצב דלתות וחלונות, ומספקים נתונים בסיסיים לאבטחה ואוטומציה. חיישני עשן וגז משמשים לניטור שריפות וגזים מזיקים כדי לשפר את בטיחות הבית.

מכשיר חכם

מכשירים חכמים שונים מהווים את ליבת המערכת החכמה של הבית כולו. תאורה חכמה, מכשירי חשמל ביתיים, מנעולי דלתות ומצלמות - כולם בעלי פונקציות שניתן לשלוט בהן מרחוק דרך האינטרנט. מכשירים אלה מחוברים לרשת מאוחדת באמצעות טכנולוגיות תקשורת אלחוטיות (כגון Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee), המאפשרות למשתמשים לשלוט ולנטר מכשירי בית דרך האינטרנט בכל עת ובכל מקום.

טֵלֵקוֹמוּנִיקַציָה

המכשירים של מערכת חכמה שלמה בבית מחוברים דרך האינטרנט ליצירת מערכת אקולוגית חכמה. טכנולוגיית תקשורת רשת מבטיחה שמכשירים יוכלו לעבוד יחד בצורה חלקה תוך מתן נוחות של שליטה מרחוק. באמצעות שירותי ענן, משתמשים יכולים לגשת מרחוק למערכות הבית כדי לנטר ולשלוט מרחוק במצב המכשיר.

אלגוריתמים חכמים ומערכות בקרה

באמצעות אלגוריתמי בינה מלאכותית ולמידת מכונה, מערכת חכמה לכל הבית יכולה לנתח ולעבד באופן חכם נתונים שנאספו על ידי חיישנים. אלגוריתמים אלה מאפשרים למערכת ללמוד את הרגלי המשתמש, להתאים אוטומטית את מצב העבודה של המכשיר ולהשיג קבלת החלטות ובקרה חכמות. הגדרת משימות מתוזמנות ותנאי טריגר מאפשרת למערכת לבצע משימות באופן אוטומטי במצבים ספציפיים ולשפר את רמת האוטומציה של המערכת.

ממשק משתמש

על מנת לאפשר למשתמשים להפעיל את המערכת החכמה של כל הבית בצורה נוחה יותר, מסופקים מגוון ממשקי משתמש, כולל אפליקציות מובייל, טאבלטים או ממשקי מחשב. באמצעות ממשקים אלה, משתמשים יכולים לשלוט ולנטר בנוחות מכשירי בית מרחוק. בנוסף, שליטה קולית מאפשרת למשתמשים לשלוט במכשירים חכמים באמצעות פקודות קוליות באמצעות יישום של עוזרי קול.

יתרונות של חימום חשמלי ביתי

להתקנת מערכות DC בבתים יתרונות רבים, אותם ניתן לסכם בשלושה היבטים: יעילות גבוהה של העברת אנרגיה, שילוב גבוה של אנרגיה מתחדשת ותאימות גבוהה לציוד.

יְעִילוּת

ראשית, במעגלים פנימיים, ציוד החשמל בו נעשה שימוש הוא לרוב בעל מתח נמוך, ומתח ישר (DC) אינו דורש טרנספורמציה תכופה של מתח. צמצום השימוש בשנאים יכול להפחית ביעילות את אובדן האנרגיה.

שנית, אובדן החוטים והמוליכים במהלך העברת זרם ישר הוא קטן יחסית. מכיוון שאובדן ההתנגדות של זרם ישר אינו משתנה עם כיוון הזרם, ניתן לשלוט בו ולהפחיתו בצורה יעילה יותר. זה מאפשר לזרם ישר להציג יעילות אנרגטית גבוהה יותר בתרחישים ספציפיים, כגון העברת חשמל למרחקים קצרים ומערכות אספקת חשמל מקומיות.

לבסוף, עם התפתחות הטכנולוגיה, הוצגו כמה ממירים אלקטרוניים וטכנולוגיות אפנון חדשות כדי לשפר את יעילות האנרגיה של מערכות DC. ממירים אלקטרוניים יעילים יכולים להפחית הפסדי המרת אנרגיה ולשפר עוד יותר את יעילות האנרגיה הכוללת של מערכות חשמל DC.

שילוב אנרגיה מתחדשת

במערכת חכמה של כל הבית, אנרגיה מתחדשת תוכנס ותומר לאנרגיה חשמלית. זה יכול לא רק ליישם את הקונספט של הגנת הסביבה, אלא גם לנצל באופן מלא את המבנה והחלל של הבית כדי להבטיח אספקת אנרגיה. לעומת זאת, מערכות DC קלות יותר לשילוב עם מקורות אנרגיה מתחדשים כמו אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח.

תאימות מכשירים

למערכת DC יש תאימות טובה יותר עם ציוד חשמלי פנימי. כיום, ציוד רב כמו נורות LED, מזגנים וכו' הם בעצמם מנועי DC. משמעות הדבר היא שמערכות חשמל DC קלות יותר להשגת בקרה וניהול חכמים. באמצעות טכנולוגיה אלקטרונית מתקדמת, ניתן לשלוט בצורה מדויקת יותר בפעולת ציוד DC ולהשיג ניהול אנרגיה חכם.

אזורי יישום

היתרונות הרבים של מערכת הזרם הישר שהוזכרו זה עתה יכולים לבוא לידי ביטוי באופן מושלם רק בכמה תחומים ספציפיים. אזורים אלה הם הסביבה הפנימית, ולכן זרם ישר לבית כולו יכול לזרוח באזורים הפנימיים של ימינו.

בניין מגורים

בבנייני מגורים, מערכות DC לכל הבית יכולות לספק אנרגיה יעילה עבור היבטים רבים של ציוד חשמלי. מערכות תאורה הן תחום יישום משמעותי. מערכות תאורת LED המופעלות על ידי DC יכולות להפחית הפסדי המרת אנרגיה ולשפר את יעילות האנרגיה.

בנוסף, ניתן להשתמש במתח ישר (DC) גם כדי להפעיל מכשירים אלקטרוניים ביתיים, כגון מחשבים, מטענים לטלפונים ניידים וכו'. מכשירים אלה עצמם הם התקני DC ללא שלבי המרת אנרגיה נוספים.

בניין מסחרי

משרדים ומתקנים מסחריים בבניינים מסחריים יכולים גם הם להפיק תועלת ממערכות DC לכל הבית. אספקת חשמל DC לציוד משרדי ומערכות תאורה מסייעת בשיפור יעילות האנרגיה ובהפחתת בזבוז אנרגיה.

חלק מהמכשירים והציוד המסחריים, במיוחד אלו הדורשים מתח ישר (DC), יכולים גם הם לפעול ביעילות רבה יותר, ובכך לשפר את יעילות האנרגיה הכוללת של מבנים מסחריים.

יישומים תעשייתיים

בתחום התעשייתי, ניתן ליישם מערכות DC לכל הבית בציוד קו ייצור ובסדנות חשמליות. חלק מהציוד התעשייתי משתמש בכוח DC. שימוש בכוח DC יכול לשפר את יעילות האנרגיה ולהפחית בזבוז אנרגיה. זה ניכר במיוחד בשימוש בכלי עבודה חשמליים ובציוד סדנאות.

מערכות טעינה ואחסון אנרגיה לרכבים חשמליים

בתחום התחבורה, ניתן להשתמש במערכות זרם ישר (DC) לטעינת כלי רכב חשמליים כדי לשפר את יעילות הטעינה. בנוסף, ניתן לשלב מערכות זרם ישר לבית כולו במערכות אחסון אנרגיה של סוללות כדי לספק למשקי בית פתרונות אחסון אנרגיה יעילים ולשפר עוד יותר את יעילות האנרגיה.

טכנולוגיית מידע ותקשורת

בתחום טכנולוגיית המידע והתקשורת, מרכזי נתונים ותחנות בסיס תקשורת הם תרחישי יישום אידיאליים עבור מערכות DC של כל הבית. מכיוון שמכשירים ושרתים רבים במרכזי נתונים משתמשים במתח DC, מערכות חשמל DC מסייעות בשיפור ביצועי מרכז הנתונים כולו. באופן דומה, תחנות בסיס וציוד תקשורת יכולים גם הם להשתמש במתח DC כדי לשפר את יעילות האנרגיה של המערכת ולהפחית את התלות במערכות חשמל מסורתיות.

רכיבי מערכת DC לכל הבית

אז איך בנויה מערכת זרם ישר של כל הבית? לסיכום, ניתן לחלק את מערכת הזרם הישר של כל הבית לארבעה חלקים: מקור ייצור חשמל זרם ישר, מערכת אגירת אנרגיה זרם ישר, מערכת חלוקת חשמל זרם ישר וציוד חשמלי זרם ישר.

DC מקור כוח

במערכת DC, נקודת המוצא היא מקור מתח DC. בניגוד למערכת AC מסורתית, מקור מתח DC לכל הבית בדרך כלל אינו מסתמך לחלוטין על הממיר להמרת מתח AC למתח DC, אלא יבחר באנרגיה מתחדשת חיצונית כמקור אנרגיה יחיד או ראשוני.

לדוגמה, שכבה של פאנלים סולאריים תונח על הקיר החיצוני של הבניין. האור יומר למתח ישר על ידי הפאנלים, ולאחר מכן יאוחסן במערכת חלוקת החשמל של זרם ישר, או יועבר ישירות ליישום ציוד הקצה; ניתן גם להתקין אותו על הקיר החיצוני של הבניין או החדר. בנו טורבינת רוח קטנה מעליה והמירו אותה לזרם ישר. אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית הן כיום מקורות החשמל הזמניים יותר של זרם ישר. ייתכן שיהיו אחרים בעתיד, אך כולם דורשים ממירים כדי להמיר אותם למתח ישר.

DC מערכת אחסון אנרגיה

באופן כללי, זרם ישר (DC) המופק ממקורות זרם ישר (DC) לא יועבר ישירות לציוד הקצה, אלא יאוחסן במערכת אגירת אנרגיה DC. כאשר הציוד זקוק לחשמל, הזרם ישוחרר ממערכת אגירת האנרגיה DC. יש לספק חשמל בתוך הבית.

מערכת אגירת אנרגיה DC היא כמו מאגר, אשר קולט את האנרגיה החשמלית המומרת ממקור מתח DC ומספק אנרגיה חשמלית באופן רציף לציוד הקצה. ראוי לציין שמכיוון שהעברת אנרגיה DC מתבצעת בין מקור מתח DC למערכת אגירת אנרגיה DC, היא יכולה להפחית את השימוש בממירים ובמכשירים רבים, מה שלא רק מפחית את עלות תכנון המעגלים, אלא גם משפר את יציבות המערכת.

לכן, מערכת אגירת אנרגיה DC לכל הבית קרובה יותר למודול טעינת DC של כלי רכב חדשים מאשר "מערכת סולארית מצומדת DC" המסורתית.

כפי שמוצג באיור למעלה, מערכת סולארית מסורתית "מצומדת DC" צריכה להעביר זרם לרשת החשמל, ולכן יש לה מודולי ממיר סולאריים נוספים, בעוד שמערכת סולארית "מצומדת DC" עם זרם ישר לבית כולו אינה דורשת ממיר ומגבר. שנאים ומכשירים אחרים, יעילות ואנרגיה גבוהות.

DC מערכת חלוקת חשמל

לב ליבה של מערכת DC של כל הבית הוא מערכת חלוקת זרם ישר, אשר ממלאת תפקיד קריטי בבית, בבניין או במתקן אחר. מערכת זו אחראית על חלוקת חשמל מהמקור למכשירי קצה שונים, ובכך משיגה אספקת חשמל לכל חלקי הבית.

אֵפֶקְט

חלוקת אנרגיה: מערכת חלוקת החשמל בזרם ישר (DC) אחראית על חלוקת אנרגיה חשמלית ממקורות אנרגיה (כגון פאנלים סולאריים, מערכות אגירת אנרגיה וכו') לציוד חשמלי מגוון בבית, כולל תאורה, מכשירי חשמל, ציוד אלקטרוני וכו'.

שיפור יעילות האנרגיה: באמצעות חלוקת חשמל DC, ניתן להפחית הפסדי המרת אנרגיה, ובכך לשפר את יעילות האנרגיה של המערכת כולה. במיוחד כאשר משולבים עם ציוד DC ומקורות אנרגיה מתחדשים, ניתן להשתמש באנרגיה חשמלית בצורה יעילה יותר.

תמיכה במכשירי DC: אחד המפתחות למערכת DC של כל הבית הוא תמיכה באספקת החשמל של מכשירי DC, תוך הימנעות מאובדן אנרגיה הכרוכה בהמרת AC ל-DC.

לְהַווֹת

לוח חלוקת זרם ישר: לוח חלוקת זרם ישר הוא מכשיר מרכזי המחלק חשמל מפאנלים סולאריים ומערכות אחסון אנרגיה למעגלים ומכשירים שונים בבית. הוא כולל רכיבים כגון מפסקי זרם ישר ומייצבים של מתח כדי להבטיח חלוקה יציבה ואמינה של אנרגיה חשמלית.

מערכת בקרה חכמה: על מנת להשיג ניהול ובקרה חכמים של אנרגיה, מערכות DC לכל הבית מצוידות בדרך כלל במערכות בקרה חכמות. אלה יכולות לכלול תכונות כגון ניטור אנרגיה, שליטה מרחוק והגדרת תרחישים אוטומטית כדי לשפר את הביצועים הכוללים של המערכת.

שקעי DC ומתגים: על מנת שיהיו תואמים לציוד DC, השקעים והמתגים בביתכם צריכים להיות מתוכננים עם חיבורי DC. ניתן להשתמש בשקעים ובמתגים אלה עם ציוד המופעל על ידי DC תוך הבטחת בטיחות ונוחות.

DC ציוד חשמלי

יש כל כך הרבה ציוד חשמלי DC לשימוש פנימי שאי אפשר לפרט את כולם כאן, אלא רק לסווג אותם באופן גס. לפני כן, עלינו להבין תחילה איזה סוג ציוד דורש חשמל AC ואיזה סוג של חשמל DC. באופן כללי, מכשירי חשמל בעלי הספק גבוה דורשים מתחים גבוהים יותר ומצוידים במנועים בעלי עומס גבוה. מכשירים חשמליים כאלה מונעים על ידי AC, כגון מקררים, מזגנים מיושנים, מכונות כביסה, קולטי אדים וכו'.

יש גם ציוד חשמלי שאינו דורש הנעת מנוע בעל הספק גבוה, ומעגלים משולבים מדויקים יכולים לפעול רק במתחים בינוניים ונמוכים, ולהשתמש באספקת חשמל DC, כגון טלוויזיות, מחשבים ומכשירי הקלטה.

כמובן, ההבחנה הנ"ל אינה מקיפה במיוחד. כיום, מכשירים רבים בעלי הספק גבוה יכולים להיות מופעלים גם על ידי זרם ישר. לדוגמה, הופיעו מזגני תדר משתנה זרם ישר, המשתמשים במנועי זרם ישר בעלי אפקטים שקטים יותר וחיסכון רב יותר באנרגיה. באופן כללי, המפתח לשאלה האם הציוד החשמלי הוא זרם חילופין או זרם ישר תלוי במבנה הפנימי של המכשיר.

Pמקרה מעשי של בית שלם DC

הנה כמה מקרים של "מערכות DC לכל הבית" מרחבי העולם. ניתן למצוא שמקרים אלה הם בעצם פתרונות דלי פחמן וידידותיים לסביבה, דבר המראה שהכוח המניע העיקרי ל"מערכות DC לכל הבית" הוא עדיין מושג הגנת הסביבה, ולמערכות DC חכמות יש עוד דרך ארוכה לעבור.

בית אפס פליטות בשוודיה

פרויקט בניית אנרגיה חדשה באזור ההדגמה של ג'ונגגואנצון

פרויקט בניית האנרגיה החדשה של ג'ונגגואנצון הוא פרויקט הדגמה שמקודם על ידי ממשלת מחוז צ'אויאנג בבייג'ינג, סין, שמטרתו לקדם בניינים ירוקים ושימוש באנרגיה מתחדשת. בפרויקט זה, חלק מהבניינים מאמצים מערכות DC של כל הבית, המשולבות עם פאנלים סולאריים ומערכות אגירת אנרגיה כדי לממש את אספקת החשמל DC. ניסיון זה נועד להפחית את ההשפעה הסביבתית של הבניין ולשפר את יעילות האנרגיה על ידי שילוב אנרגיה חדשה ואספקת חשמל DC.

פרויקט מגורים אנרגיה בת קיימא עבור דובאי אקספו 2020, איחוד האמירויות הערביות

בתערוכת דובאי בשנת 2020, מספר פרויקטים הציגו בתים המונעים באנרגיה קיימא באמצעות אנרגיה מתחדשת ומערכות DC לכל הבית. פרויקטים אלה נועדו לשפר את יעילות האנרגיה באמצעות פתרונות אנרגיה חדשניים.

פרויקט ניסיוני של מיקרו-רשת DC ביפן

ביפן, כמה פרויקטים ניסיוניים של מיקרו-רשת החלו לאמץ מערכות DC לכל הבית. מערכות אלו מופעלות על ידי אנרגיית שמש ואנרגיית רוח, תוך הטמעת חשמל DC למכשירים וציוד בתוך הבית.

בית מרכז האנרגיה

הפרויקט, שיתוף פעולה בין אוניברסיטת לונדון סאות' בנק לבין המעבדה הלאומית לפיזיקה של בריטניה, שואף ליצור בית ללא צריכת אנרגיה. הבית משתמש באנרגיה ישרה, בשילוב עם מערכות סולאריות פוטו-וולטאיות ומערכות אגירת אנרגיה, לשימוש יעיל באנרגיה.

Rאיגודי תעשייה רלוונטיים

טכנולוגיית האינטליגנציה של כל הבית הוצגה לכם בעבר. למעשה, הטכנולוגיה נתמכת על ידי מספר איגודי תעשייה. רשת Charging Head מנתה איגודים רלוונטיים בתעשייה. כאן נציג לכם את האיגודים הקשורים לזרם ישר של כל הבית.

תַשְׁלוּם 

FCA

FCA (Fast Charging Alliance), השם הסיני הוא "Guangdong Terminal Fast Charging Industry Association". איגוד תעשיית הטעינה המהירה של טרמינלים בגואנגדונג (המכונה גם איגוד תעשיית הטעינה המהירה של טרמינלים) הוקם בשנת 2021. טכנולוגיית טעינה מהירה של טרמינלים היא יכולת מרכזית המניעה את היישום בקנה מידה גדול של הדור החדש של תעשיית המידע האלקטרוני (כולל 5G ובינה מלאכותית). תחת מגמת הפיתוח העולמית של ניטרליות פחמן, טעינה מהירה של טרמינלים מסייעת להפחית פסולת אלקטרונית ובזבוז אנרגיה ולהשיג הגנה ירוקה על הסביבה ופיתוח בר-קיימא של התעשייה, ומביאה חוויית טעינה בטוחה ואמינה יותר למאות מיליוני צרכנים.

על מנת להאיץ את הסטנדרטיזציה והתיעוש של טכנולוגיית טעינה מהירה של טרמינלים, האקדמיה לטכנולוגיית מידע ותקשורת, Huawei, OPPO, vivo ו-Xiaomi הובילו את השקת מאמץ משותף עם כל הצדדים בשרשרת תעשיית טעינת הטרמינלים המהירה, כגון מכונות פנימיות שלמות, שבבים, מכשירים, מטענים ואביזרים. ההכנות יחלו בתחילת 2021. הקמת האיגוד תסייע בבניית קהילת אינטרסים בשרשרת התעשייה, תיצור בסיס תעשייתי לתכנון, מחקר ופיתוח, ייצור, בדיקות והסמכה של טעינה מהירה של טרמינלים, תניע את פיתוח רכיבים אלקטרוניים מרכזיים, שבבים כלליים מתקדמים, חומרים בסיסיים מרכזיים ותחומים אחרים, ותשאוף לבניית טרמינלים ברמה עולמית. אשכולות תעשייתיים חדשניים של Kuaihong הם בעלי משמעות חיונית.

FCA מקדמת בעיקר את תקן UFCS. השם המלא של UFCS הוא Universal Fast Charging Specification, ושמו הסיני הוא Fusion Fast Charging Standard. זהו דור חדש של טעינה מהירה משולבת בהובלת האקדמיה לטכנולוגיית מידע ותקשורת, Huawei, OPPO, vivo, Xiaomi, ובמאמצים משותפים של חברות מסופים ושבבים רבים ושותפים בתעשייה כמו Silicon Power, Rockchip, Lihui Technology ו-Angbao Electronics. ההסכם נועד לגבש סטנדרטים משולבים לטעינה מהירה עבור מסופים ניידים, לפתור את בעיית חוסר התאימות של טעינה מהירה הדדית וליצור סביבת טעינה מהירה, בטוחה ותואמת עבור משתמשי הקצה.

נכון לעכשיו, UFCS קיימה את כנס הבדיקות השני של UFCS, בו הושלמו "מבחן מקדים לתפקוד תאימות של חברות חברות" ו"מבחן תאימות יצרני טרמינלים". באמצעות חילופי בדיקות וסיכומים, אנו משלבים בו זמנית תיאוריה ופרקטיקה, במטרה לשבור את המצב של חוסר תאימות טעינה מהירה, לקדם במשותף את הפיתוח הבריא של טעינה מהירה של טרמינלים, ולעבוד עם ספקים וספקי שירותים איכותיים רבים בשרשרת התעשייה כדי לקדם במשותף סטנדרטים של טכנולוגיית טעינה מהירה. התקדמות התיעוש של UFCS.

USB-IF

בשנת 1994, ארגון התקינה הבינלאומי שיזםו אינטל ומיקרוסופט, המכונה "USB-IF" (שם מלא: פורום מיישמי USB), הוא חברה ללא מטרות רווח שנוסדה על ידי קבוצת חברות שפיתחו את מפרט אפיק הסידורי האוניברסלי (Universal Serial Bus). USB-IF הוקם כדי לספק ארגון תמיכה ופורום לפיתוח ואימוץ של טכנולוגיית אפיק הסידורי האוניברסלי (Universal Serial Bus). הפורום מקדם פיתוח של ציוד היקפי (התקנים) USB תואמים באיכות גבוהה ומקדם את היתרונות של USB ואת איכות המוצרים שעוברים מבחני תאימות.נג.

לטכנולוגיה שהושקה על ידי USB-IF USB יש כיום מספר גרסאות של מפרטים טכניים. הגרסה האחרונה של המפרט הטכני היא USB4 2.0. הקצב המרבי של תקן טכני זה הוגדל ל-80 ג'יגה-ביט לשנייה. הוא מאמץ ארכיטקטורת נתונים חדשה, תקן טעינה מהירה USB PD, ממשק USB Type-C ותקני כבלים יעודכנו בו זמנית.

WPC

השם המלא של WPC הוא Wireless Power Consortium, ושמו הסיני הוא "Wireless Power Consortium". הוא נוסד ב-17 בדצמבר 2008. זהו ארגון התקינה הראשון בעולם המקדם טכנולוגיית טעינה אלחוטית. נכון למאי 2023, ל-WPC יש סך של 315 חברים. חברי הברית משתפים פעולה למען מטרה משותפת: להשיג תאימות מלאה של כל המטענים האלחוטיים ומקורות הכוח האלחוטיים ברחבי העולם. לשם כך, הם ניסחו מפרטים רבים לטכנולוגיית טעינה מהירה אלחוטית.

ככל שטכנולוגיית הטעינה האלחוטית ממשיכה להתפתח, היקף היישומים שלה התרחב ממכשירים ניידים צרכניים לתחומים חדשים רבים, כגון מחשבים ניידים, טאבלטים, רחפנים, רובוטים, האינטרנט של כלי רכב ומטבחים אלחוטיים חכמים. WPC פיתחה ותחזקה סדרה של סטנדרטים למגוון יישומי טעינה אלחוטית, כולל:

תקן Qi עבור סמארטפונים ומכשירים ניידים ניידים אחרים.

תקן המטבח האלחוטי של Ki, למכשירי מטבח, תומך בעוצמת טעינה של עד 2200W.

תקן הרכב החשמלי הקל (LEV) הופך את הטעינה האלחוטית של כלי רכב חשמליים קלים כמו אופניים חשמליים וקטנועים, בבית ובדרכים, למהירה, בטוחה, חכמה ונוחה יותר.

סטנדרט טעינה אלחוטית תעשייתית להעברת חשמל אלחוטית בטוחה ונוחה לטעינת רובוטים, רכבי AGV, רחפנים ומכונות אוטומציה תעשייתיות אחרות.

כיום קיימים בשוק יותר מ-9,000 מוצרי טעינה אלחוטית בעלי תו תקן Qi. WPC מאמתת את הבטיחות, התאמת המוצרים, יכולת הפעולה ההדדית והתאמתם באמצעות רשת מעבדות הבדיקה העצמאיות והמוסמכות שלה ברחבי העולם.

תִקשׁוֹרֶת

ביטוח לאומי (CSA)

ברית תקני החיבוריות (CSA) היא ארגון המפתח, מאשר ומקדם תקני Smart Home Matter. קודמתה היא ברית Zigbee שנוסדה בשנת 2002. באוקטובר 2022, מספר חברי חברות הברית יגיע ליותר מ-200.

CSA מספקת סטנדרטים, כלים והסמכות לחדשנים בתחום האינטרנט של הדברים (IoT) כדי להפוך את האינטרנט של הדברים לנגיש, מאובטח ושמיש יותר1. הארגון מחויב להגדרה והגברת המודעות בתעשייה ולפיתוח כולל של שיטות עבודה מומלצות בתחום האבטחה עבור מחשוב ענן וטכנולוגיות דיגיטליות מהדור הבא. CSA-IoT מאגדת את החברות המובילות בעולם כדי ליצור ולקדם סטנדרטים פתוחים משותפים כגון Matter, Zigbee, IP וכו', כמו גם סטנדרטים בתחומים כגון אבטחת מוצרים, פרטיות נתונים, בקרת גישה חכמה ועוד.

זיגבי הוא תקן חיבור IoT שהושק על ידי CSA Alliance. זהו פרוטוקול תקשורת אלחוטית המיועד ליישומי רשת חיישנים אלחוטית (WSN) ואינטרנט של הדברים (IoT). הוא מאמץ את תקן IEEE 802.15.4, פועל בתחום התדרים 2.4 גיגה-הרץ, ומתמקד בצריכת חשמל נמוכה, מורכבות נמוכה ותקשורת לטווח קצר. הפרוטוקול, שקודם על ידי CSA Alliance, נמצא בשימוש נרחב בבתים חכמים, אוטומציה תעשייתית, שירותי בריאות ותחומים אחרים.

אחת ממטרות התכנון של Zigbee היא לתמוך בתקשורת אמינה בין מספר רב של מכשירים תוך שמירה על רמות צריכת חשמל נמוכות. הוא מתאים למכשירים שצריכים לפעול למשך זמן רב ולהסתמך על סוללה, כגון צמתי חיישנים. לפרוטוקול טופולוגיות שונות, כולל כוכב, רשת ועץ אשכול, מה שהופך אותו לניתן להתאמה לרשתות בגדלים וצרכים שונים.

התקני Zigbee יכולים ליצור באופן אוטומטי רשתות מאורגנות עצמית, הם גמישים וניתנים להתאמה, ויכולים להסתגל באופן דינמי לשינויים בטופולוגיית הרשת, כגון הוספה או הסרה של התקנים. זה הופך את Zigbee לקל יותר לפריסה ותחזוקה ביישומים מעשיים. בסך הכל, Zigbee, כפרוטוקול תקשורת אלחוטית פתוח, מספק פתרון אמין לחיבור ובקרה של התקני IoT שונים.

בלוטות' SIG

בשנת 1996, אריקסון, נוקיה, טושיבה, יבמ ואינטל תכננו להקים איגוד תעשייתי. ארגון זה נקרא "Bluetooth Technology Alliance", המכונה "Bluetooth SIG". הן פיתחו במשותף טכנולוגיית חיבור אלחוטי לטווח קצר. צוות הפיתוח קיווה שטכנולוגיית תקשורת אלחוטית זו תוכל לתאם ולאחד עבודה בתחומים תעשייתיים שונים, כמו Bluetooth King. לכן טכנולוגיה זו נקראה Bluetooth.

בלוטות' (טכנולוגיית בלוטות') היא תקן תקשורת אלחוטית קצרת טווח ובעלת צריכת אנרגיה נמוכה, המתאים לחיבורי מכשירים שונים ולהעברת נתונים, עם צימוד פשוט, חיבור רב-נקודתי ותכונות אבטחה בסיסיות.

בלוטות' (טכנולוגיית בלוטות') יכולה לספק חיבורים אלחוטיים למכשירים בבית והיא חלק חשוב בטכנולוגיית תקשורת אלחוטית.

עמותת ספארקלינק

ב-22 בספטמבר 2020 הוקמה רשמית איגוד Sparklink. ברית Spark היא ברית תעשייתית המחויבת לגלובליזציה. מטרתה לקדם את החדשנות והאקולוגיה התעשייתית של הדור החדש של טכנולוגיית תקשורת אלחוטית לטווח קצר SparkLink, ולבצע יישומי תרחישים חדשים המתפתחים במהירות כגון מכוניות חכמות, בתים חכמים, מסופים חכמים וייצור חכם, ולענות על דרישות ביצועים קיצוניות. נכון לעכשיו, באיגוד יש יותר מ-140 חברים.

טכנולוגיית התקשורת האלחוטית לטווח קצר שמקודמת על ידי איגוד Sparklink נקראת SparkLink, ושמה הסיני הוא Star Flash. המאפיינים הטכניים הם השהייה נמוכה במיוחד ואמינות גבוהה במיוחד. בהסתמך על מבנה מסגרת קצר במיוחד, קודק Polar ומנגנון שידור חוזר HARQ, SparkLink יכולה להשיג השהייה של 20.833 מיקרו-שניות ואמינות של 99.999%.

WI-Fברית אני

ברית ה-Wi-Fi היא ארגון בינלאומי המורכב ממספר חברות טכנולוגיה המחויב לקידום וקידום פיתוח, חדשנות וסטנדרטיזציה של טכנולוגיית רשת אלחוטית. הארגון נוסד בשנת 1999. מטרתו העיקרית היא להבטיח שמכשירי Wi-Fi המיוצרים על ידי יצרנים שונים יהיו תואמים זה לזה, ובכך לקדם את הפופולריות והשימוש ברשתות אלחוטיות.

טכנולוגיית Wi-Fi (Wireless Fidelity) היא טכנולוגיה המקודמת בעיקר על ידי Wi-Fi Alliance. כטכנולוגיית LAN אלחוטית, היא משמשת להעברת נתונים ותקשורת בין מכשירים אלקטרוניים באמצעות אותות אלחוטיים. היא מאפשרת למכשירים (כגון מחשבים, סמארטפונים, טאבלטים, מכשירי בית חכם וכו') להחליף נתונים בטווח מוגבל ללא צורך בחיבור פיזי.

טכנולוגיית Wi-Fi משתמשת בגלי רדיו כדי ליצור חיבורים בין מכשירים. אופי אלחוטי זה מבטל את הצורך בחיבורים פיזיים, ומאפשר למכשירים לנוע בחופשיות בטווח תוך שמירה על קישוריות רשת. טכנולוגיית Wi-Fi משתמשת בתחומי תדרים שונים כדי להעביר נתונים. תחומי התדרים הנפוצים ביותר כוללים 2.4GHz ו-5GHz. תחומי תדרים אלה מחולקים לערוצים מרובים שבהם מכשירים יכולים לתקשר.

מהירות טכנולוגיית ה-Wi-Fi תלויה בתקן ובפס התדרים. עם ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה, מהירות ה-Wi-Fi עלתה בהדרגה ממאות קילו-ביט לשנייה (Kbps) המוקדמות ביותר ועד לכמה ג'יגה-ביט לשנייה (Gbps) הנוכחיות. תקני Wi-Fi שונים (כגון 802.11n, 802.11ac, 802.11ax וכו') תומכים בקצבי העברה מקסימליים שונים. בנוסף, העברות נתונים מוגנות באמצעות פרוטוקולי הצפנה ואבטחה. ביניהם, WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) ו-WPA3 הם תקני הצפנה נפוצים המשמשים להגנה על רשתות Wi-Fi מפני גישה לא מורשית וגניבת נתונים.

Sתקינה ותקנות בנייה

מכשול עיקרי בפיתוח מערכות זרם ישר לכל הבית הוא היעדר תקנים ותקנות בנייה עקביים ברמה עולמית. מערכות חשמל מסורתיות בבניינים פועלות בדרך כלל על זרם חילופין, ולכן מערכות זרם ישר לכל הבית דורשות סט חדש של תקנים בתכנון, התקנה ותפעול.

חוסר סטנדרטיזציה עלול להוביל לחוסר תאימות בין מערכות שונות, להגביר את מורכבות בחירת הציוד והחלפתו, וגם עלול לעכב את קנה המידה של השוק ואת הפופולריות שלו. חוסר יכולת הסתגלות לתקני בנייה הוא גם אתגר, שכן תעשיית הבנייה מבוססת לעתים קרובות על עיצובים מסורתיים של מזגנים. לכן, הכנסת מערכת DC לכל הבית עשויה לדרוש התאמות והגדרה מחדש של תקני בנייה, דבר שידרוש זמן ומאמץ מרוכז.

Eעלויות כלכליות ומעבר טכנולוגיה

פריסת מערכת DC לכל הבית עשויה להיות כרוכה בעלויות ראשוניות גבוהות יותר, כולל ציוד DC מתקדם יותר, מערכות אגירת אנרגיה בסוללות ומכשירים מותאמים ל-DC. עלויות נוספות אלו עשויות להיות אחת הסיבות לכך שצרכנים ויזמי מבנים רבים מהססים לאמץ מערכות DC לכל הבית.

בנוסף, ציוד ותשתיות מסורתיות של מיזוג אוויר כה בוגרות ונפוצות, עד כי מעבר למערכת DC של כל הבית דורש הסבה טכנולוגית בקנה מידה גדול, הכוללת תכנון מחדש של מערך החשמל, החלפת ציוד והכשרת כוח אדם. שינוי זה עלול להטיל עלויות השקעה ועבודה נוספות על מבנים ותשתיות קיימים, ולהגביל את הקצב שבו ניתן יהיה לפרוס מערכות DC של כל הבית.

Dתאימות מכשירים וגישה לשוק

מערכות DC לכל הבית צריכות להיות תאימות עם יותר מכשירים בשוק כדי להבטיח שמכשירים שונים, תאורה ומכשירים אחרים בבית יוכלו לפעול בצורה חלקה. נכון לעכשיו, מכשירים רבים בשוק עדיין מבוססי AC, וקידום מערכות DC לכל הבית דורש שיתוף פעולה עם יצרנים וספקים כדי לקדם יותר מכשירים תואמי DC שיכנסו לשוק.

יש גם צורך לעבוד עם ספקי אנרגיה ורשתות חשמל כדי להבטיח שילוב יעיל של אנרגיה מתחדשת וחיבור לרשתות המסורתיות. סוגיות של תאימות ציוד וגישה לשוק עשויות להשפיע על היישום הנרחב של מערכות DC לכל הבית, דבר המחייב יותר קונצנזוס ושיתוף פעולה בשרשרת התעשייה.

Sמארט ובר קיימא

אחד מכיווני הפיתוח העתידיים של מערכות DC לכל הבית הוא דגש רב יותר על אינטליגנציה וקיימות. על ידי שילוב מערכות בקרה חכמות, מערכות DC לכל הבית יכולות לנטר ולנהל בצורה מדויקת יותר את צריכת החשמל, מה שמאפשר אסטרטגיות ניהול אנרגיה מותאמות אישית. משמעות הדבר היא שהמערכת יכולה להתאים את עצמה באופן דינמי לביקוש משקי הבית, למחירי החשמל ולזמינות האנרגיה המתחדשת כדי למקסם את יעילות האנרגיה ולהפחית את עלויות האנרגיה.

במקביל, כיוון הפיתוח בר-קיימא של מערכות DC ביתיות כרוך בשילוב של מקורות אנרגיה מתחדשים רחבים יותר, כולל אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח וכו', כמו גם טכנולוגיות אחסון אנרגיה יעילות יותר. זה יסייע בבניית מערכת חשמל ביתית ירוקה, חכמה ובת קיימא יותר ויקדם את הפיתוח העתידי של מערכות DC ביתיות.

Sתקינה ושיתוף פעולה תעשייתי

על מנת לקדם יישום רחב יותר של מערכות DC ביתיות, כיוון פיתוח נוסף הוא חיזוק הסטנדרטיזציה ושיתוף הפעולה התעשייתי. קביעת סטנדרטים ומפרטים מאוחדים ברחבי העולם יכולה להפחית את עלויות תכנון ויישום המערכות, לשפר את תאימות הציוד ובכך לקדם את התרחבות השוק.

בנוסף, שיתוף פעולה תעשייתי הוא גם גורם מפתח בקידום פיתוח מערכות DC ביתיות. משתתפים מכל ההיבטים, כולל בנאים, מהנדסי חשמל, יצרני ציוד וספקי אנרגיה, צריכים לעבוד יחד כדי ליצור מערכת אקולוגית תעשייתית שלמה. זה עוזר לפתור תאימות מכשירים, לשפר את יציבות המערכת ולהניע חדשנות טכנולוגית. באמצעות סטנדרטיזציה ושיתוף פעולה תעשייתי, צפויים מערכות DC ביתיות להשתלב בצורה חלקה יותר בבניינים ובמערכות חשמל מרכזיות ולהשיג יישומים רחבים יותר.

Sאומרי

מערכת חלוקת חשמל ביתית ישרה היא מערכת מתפתחת, שבניגוד למערכות זרם חילופין מסורתיות, מיישמת זרם ישר לכל הבניין, החל מתאורה ועד ציוד אלקטרוני. מערכות זרם ישר לבית מציעות כמה יתרונות ייחודיים על פני מערכות מסורתיות מבחינת יעילות אנרגטית, שילוב אנרגיה מתחדשת ותאימות ציוד. ראשית, על ידי צמצום השלבים הכרוכים בהמרת אנרגיה, מערכות זרם ישר לבית יכולות לשפר את יעילות האנרגיה ולהפחית בזבוז אנרגיה. שנית, זרם ישר קל יותר לשילוב עם ציוד אנרגיה מתחדשת כמו פאנלים סולאריים, מה שמספק פתרון חשמל בר-קיימא יותר עבור מבנים. בנוסף, עבור התקני זרם ישר רבים, אימוץ מערכת זרם ישר לבית יכול להפחית הפסדי המרת אנרגיה ולהגדיל את הביצועים ואת חיי הציוד.

תחומי היישום של מערכות DC לכל הבית מכסים תחומים רבים, כולל מבני מגורים, מבני מסחר, יישומים תעשייתיים, מערכות אנרגיה מתחדשת, תחבורה חשמלית וכו'. בבנייני מגורים, ניתן להשתמש במערכות DC לכל הבית כדי להפעיל ביעילות תאורה ומכשירי חשמל, ולשפר את יעילות האנרגיה הביתית. בבניינים מסחריים, אספקת חשמל DC לציוד משרדי ומערכות תאורה מסייעת להפחית את צריכת האנרגיה. במגזר התעשייתי, מערכות DC לכל הבית יכולות לשפר את יעילות האנרגיה של ציוד קו הייצור. מבין מערכות אנרגיה מתחדשת, מערכות DC לכל הבית קלות יותר לשילוב עם ציוד כגון אנרגיה סולארית ורוח. בתחום התחבורה החשמלית, ניתן להשתמש במערכות חלוקת חשמל DC כדי לטעון כלי רכב חשמליים כדי לשפר את יעילות הטעינה. ההתרחבות המתמשכת של תחומי יישום אלה מצביעה על כך שמערכות DC לכל הבית יהפכו לאופציה בת קיימא ויעילה במערכות מבנים וחשמל בעתיד.

For more information, pls. contact “maria.tian@keliyuanpower.com”.